本文以一臺出口機組的水輪機主軸加工為例，介紹一種新的主軸加工工藝。交檢標(biāo)準(zhǔn)為美國電器電子工程師學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)(簡稱IEEE)。
該水輪機主軸和中間軸都為45A鍛造實心軸。重量分別為2.1t和2.4t(主軸、中間軸的結(jié)構(gòu)尺寸見圖1,圖2)。主軸轉(zhuǎn)輪側(cè)法蘭為止口定位，通過寬度140mm鍵與轉(zhuǎn)輪傳遞扭矩；另一側(cè)法蘭由銷釘螺栓與中間軸聯(lián)接。主軸精度要求很高，與一般軸區(qū)別為：兩端法蘭外側(cè)面與軸中心線垂直度為0.01mm,軸頸外徑相對于軸線平行度0.01mm,法蘭止口直徑公差在0.013mm以內(nèi)。中間軸的精度要求與主軸相同。
主軸、中間軸的單根軸的擺度，主軸與中間軸連接后的組合軸擺度都要達(dá)到IEEE標(biāo)準(zhǔn)。
1 加工難點及工藝分析
主軸、中間軸的加工難度由兩方面原因造成：一是由于垂直度、平行度及擺度值精度過高；二是由于結(jié)構(gòu)特殊及材料影響。
從結(jié)構(gòu)上看：主軸法蘭端面開有寬大鍵槽及把合孔，勢必造成加工過程中的斷續(xù)切削和沖擊力；從材料上看：試棒實測力學(xué)性能及硬度偏高，這些都將對切削加工構(gòu)成影響。
圖1 主軸
圖2 中間軸
解決上述難點，需從加工基本條件和工藝方法兩方面入手。加工基本條件包括機床精度、刀具選擇和切削參數(shù)。
1）機床精度高可以消除機床本身誤差對工件 13精度影響。要求的機床精度主要表現(xiàn)在：機床主軸軸承的軸向竄動小于0.01mm,徑向跳動小于0.01mm,尾座套筒軸線對溜板移動的平行度小于0.01mm,橫向溜板移動對主軸軸線垂直度小于0.01mm/300mm,機床大溜板移動對機床主軸軸線平行度小于0.02mm/1000mm。
2）刀具選擇，刀片定位精度高、抗沖擊、耐磨性好，可減小因主軸鍵槽和把合孔的存在造成斷續(xù)切削和沖擊力產(chǎn)生的不利影響，減少切屑瘤帶來的不利因素。在軸身和法蘭面加工中分別采取YT5焊接刀具(相當(dāng)于ISO標(biāo)準(zhǔn)的P30牌號)，及以色列的依斯卡爾WNMG432PP IC635刀片，效果良好。
3）切削參數(shù)的選擇要控制好，避開形成切屑瘤的切削速度及最后一刀的切速、切深、進(jìn)刀量二者匹配關(guān)系。
4）加工工藝合理性對保證兩軸精度至關(guān)重要。如按常規(guī)加工工藝雖然也能保證工件精度，但有以下弊端：為架中心架，工件需反復(fù)調(diào)個修架子口，費工費時；配備鎢金爪的潤滑裝置；由于中心架占位妨礙刀架移動導(dǎo)致法蘭面止口、法蘭端面、軸身三者不能在一次裝夾中加工到位，可操作性差，此為工藝最忌諱的。則可采用“夾-頂-以中間軸為基準(zhǔn)精車主軸”的新工藝。該工藝優(yōu)點為：工件能在一次裝夾中除卡盤處外所有表面都可加工到位：直接利用機床精度；可操作性好；以精車后的中間軸為基準(zhǔn)精車主軸再找整體軸的擺度與單根主軸精車后聯(lián)軸找整體軸擺度，兩者相比前者實質(zhì)上變成一根整軸的中間軸主軸加工，因此前者的精度裕度大，可靠性高；后者在精度上沒有裕度，一旦擺度超差修復(fù)十分困難。
2 “夾-頂-以中間軸為基準(zhǔn)精車主軸”工藝
1）工藝流程
見圖3。
圖3 工藝流程
2）中間軸加工
夾緊主軸側(cè)法蘭，尾頂針頂另一端法蘭，找正主軸側(cè)法蘭外圓及其內(nèi)端面跳動量小于0.01mm,同時調(diào)整發(fā)動電機側(cè)法蘭，通過修正頂針孔使之跳動量也控制在0.01mm之內(nèi)，精車凡能加工到的各面，測量發(fā)電機側(cè)法蘭垂直度。工件調(diào)轉(zhuǎn)，夾-頂方法、找正及精車同工件調(diào)轉(zhuǎn)180°前相同。
3）主軸半精車
主軸在半精車時必須將與中間軸聯(lián)接的內(nèi)止口及法蘭外端面精車到尺寸，并測得已精車面擺度及垂直度合格，其余面尺寸精度及表面粗糙度雖有余量但都要達(dá)到精車標(biāo)準(zhǔn)。
為確保主軸精車后的法蘭端面垂直度，在半精車前必須將鍵槽粗銑，但又要保留作為基準(zhǔn)的頂針孔，因此鍵槽粗銑時，其中間部位保留一段，待精加工時全部加工到尺寸。主軸在半精車后與中間軸把合，測擺度，作為精車主軸時的依據(jù)。
4）主軸精車、聯(lián)軸找擺度
主軸的最終精車是在與中間軸同鉆鉸聯(lián)軸銷孔后組成整體狀態(tài)下進(jìn)行的(圖4)，找正要求是以主軸半精車后與中間軸聯(lián)成整體的擺度值為基準(zhǔn)，精車主軸。精車主軸后的聯(lián)軸擺度測量見圖4。
圖4
3 結(jié)論
經(jīng)測量表明，兩軸所有擺度值在測點比IEEE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定數(shù)多的情況下全部達(dá)到IEEE標(biāo)準(zhǔn)。兩軸所有形位公差、尺寸公差都達(dá)到設(shè)計要求。
經(jīng)電站并網(wǎng)發(fā)電運行，實踐證明該新工藝對完成兩段主軸精加工是行之有效的，尤其對保證機組軸系的擺度具有重要作用，對于類似結(jié)構(gòu)的中小型水輪機軸的加工具有實踐性強、精度可靠性高的特點，便于推廣。 |
